Controlling Surface Topology and Functionality of Electrospun Fibers on the Nanoscale using Amphiphilic Block Copolymers To Direct Mesenchymal Progenitor Cell Adhesion

Surface patterning in three dimensions is of great importance in biomaterials design for controlling cell behavior. A facile one-step functionalization of biodegradable PDLLA fibers using amphiphilic diblock copolymers is demonstrated here to systematically vary the fiber surface composition. The copolymers comprise a hydrophilic poly[oligo(ethylene glycol) methacrylate] (POEGMA), poly[(2-methacryloyloxy)ethyl phosphorylcholine] (PMPC), or poly[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate)] (PDMAEMA) block and a hydrophobic poly(l-lactide) (PLA) block. The block copolymer-modified fibers have increased surface hydrophilicity compared to that of PDLLA fibers. Mixtures of PLAPMPC and PLAPOEGMA copolymers are utilized to exploit microphase separation of the incompatible hydrophilic PMPC and POEGMA blocks at the fiber surface. Conjugation of an RGD cell-adhesive peptide to one hydrophilic block (POEGMA) using thiol-ene chemistry produces fibers with domains of cell-adhesive (POEGMA) and cell-inert (PMPC) sites, mimicking the adhesive properties of the extracellular matrix (ECM). Human mesenchymal progenitor cells (hES-MPs) showed much better adhesion to the fibers with surface-adhesive heterogeneity compared to that to fibers with only adhesive or only inert surface chemistries.

Concomitant osmotic and chaotropicity-induced stresses in Aspergillus wentii: compatible solutes determine the biotic window

Whereas osmotic stress response induced by solutes has been well-characterized in fungi, less is known about the other activities of environmentally ubiquitous substances. The latest methodologies to define, identify and quantify chaotropicity, i.e. substance-induced destabilization of macromolecular systems, now enable new insights into microbial stress biology (Cray et al. in Curr Opin Biotechnol 33:228–259, 2015a, doi:10.​1016/​j.​copbio.​2015.​02.​010; Ball and Hallsworth in Phys Chem Chem Phys 17:8297–8305, 2015, doi:10.​1039/​C4CP04564E; Cray et al. in Environ Microbiol 15:287–296, 2013a, doi:10.​1111/​1462-2920.​12018). We used Aspergillus wentii, a paradigm for extreme solute-tolerant fungal xerophiles, alongside yeast cell and enzyme models (Saccharomyces cerevisiae and glucose-6-phosphate dehydrogenase) and an agar-gelation assay, to determine growth-rate inhibition, intracellular compatible solutes, cell turgor, inhibition of enzyme activity, substrate water activity, and stressor chaotropicity for 12 chemically diverse solutes. These stressors were found to be: (i) osmotically active (and typically macromolecule-stabilizing kosmotropes), including NaCl and sorbitol; (ii) weakly to moderately chaotropic and non-osmotic, these were ethanol, urea, ethylene glycol; (iii) highly chaotropic and osmotically active, i.e. NH4NO3, MgCl2, guanidine hydrochloride, and CaCl2; or (iv) inhibitory due primarily to low water activity, i.e. glycerol. At ≤0.974 water activity, Aspergillus cultured on osmotically active stressors accumulated low-M r polyols to ≥100 mg g dry weight−1. Lower-M r polyols (i.e. glycerol, erythritol and arabitol) were shown to be more effective for osmotic adjustment; for higher-M r polyols such as mannitol, and the disaccharide trehalose, water-activity values for saturated solutions are too high to be effective; i.e. 0.978 and 0.970 (25 ºC). The highly chaotropic, osmotically active substances exhibited a stressful level of chaotropicity at physiologically relevant concentrations (20.0–85.7 kJ kg−1). We hypothesized that the kosmotropicity of compatible solutes can neutralize chaotropicity, and tested this via in-vitro agar-gelation assays for the model chaotropes urea, NH4NO3, phenol and MgCl2. Of the kosmotropic compatible solutes, the most-effective protectants were trimethylamine oxide and betaine; but proline, dimethyl sulfoxide, sorbitol, and trehalose were also effective, depending on the chaotrope. Glycerol, by contrast (a chaotropic compatible solute used as a negative control) was relatively ineffective. The kosmotropic activity of compatible solutes is discussed as one mechanism by which these substances can mitigate the activities of chaotropic stressors in vivo. Collectively, these data demonstrate that some substances concomitantly induce chaotropicity-mediated and osmotic stresses, and that compatible solutes ultimately define the biotic window for fungal growth and metabolism. The findings have implications for the validity of ecophysiological classifications such as ‘halophile’ and ‘polyextremophile’; potential contamination of life-support systems used for space exploration; and control of mycotoxigenic fungi in the food-supply chain.

A comparative study on the thermophysical properties for two bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide-based ionic liquids containing the trimethyl-sulfonium or the trimethyl-ammonium cation in molecular solvents

Herein, we present a comparative study of the thermophysical properties of two homologous ionic liquids, namely, trimethyl-sulfonium bis[(trifluoromethyl) sulfonyl]imide, [S₁₁₁][TFSI], and trimethyl-ammonium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide, [HN₁₁₁][TFSI], and their mixtures with propylene carbonate, acetonitrile, or gamma butyrolactone as a function of temperature and composition. The influence of solvent addition on the viscosity, conductivity, and thermal properties of IL solutions was studied as a function of the solvent mole fraction from the maximum solubility of IL, x_s, in each solvent to the pure solvent. In this case, x_s is the composition corresponding to the maximum salt solubility in each liquid solvent at a given temperature from 258.15 to 353.15 K. The effect of temperature on the transport properties of each binary mixture was then investigated by fitting the experimental data using Arrhenius' law and the Vogel-Tamman-Fulcher (VTF) equation. The experimental data shows that the residual conductivity at low temperature, e.g., 263.15 K, of each binary mixture is exceptionally high. For example, conductivity values up to 35 and 42 mS·cm^-1 were observed in the case of the [S ₁₁₁][TFSI] + ACN and [HN₁₁₁][TFSI] + ACN binary mixtures, respectively. Subsequently, a theoretical approach based on the conductivity and on the viscosity of electrolytes was formulated by treating the migration of ions as a dynamical process governed by ion-ion and solvent-ion interactions. Within this model, viscosity data sets were first analyzed using the Jones-Dole equation. Using this theoretical approach, excellent agreement was obtained between the experimental and calculated conductivities for the binary mixtures investigated at 298.15 K as a function of the composition up to the maximum solubility of the IL. Finally, the thermal characterization of the IL solutions, using DSC measurements, showed a number of features corresponding to different solid-solid phase transitions, T_S-S, with extremely low melting entropies, indicating a strong organizational structure by easy rotation of methyl group. These ILs can be classified as plastic crystal materials and are promising as ambient-temperature solid electrolytes. © 2013 American Chemical Society.

Ionic liquids containing secondary hydroxyl-groups and a method for their preparation.

The invention provides ionic liqs., [R'1CH(OH)CH2]NR'nX (X = anion, R' = alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, alkylcarbonylalkyl, alkoxy, haloalkyl, haloalkoxy, alkenyloxy, alkynyloxy, cycloalkyloxy, aryl), having a secondary hydroxyl group, and an atom-efficient method for the prepn. of these ionic liqs., by epoxidn. of a protonated nitrogen- contg. org. base (which can optionally be prepd. in situ) in the presence of an anion suitable for supporting ionic liq. formation. Thus, reaction of 1-methylimidazole with HCl in EtOH ∼ 25° followed by treatment with propylene oxide gave 1-(2-hydroxypropyl)-3-methylimidazolium chloride. [on SciFinder(R)]

Development of polymeric–cationic peptide composite nanoparticles, a nanoparticle-in-nanoparticle system for controlled gene delivery

We report the formulation of novel composite nanoparticles that combine the high transfection efficiency of cationic peptide-DNA nanoparticles with the biocompatibility and prolonged delivery of polylactic acid–polyethylene glycol (PLA-PEG). The cationic cell-penetrating peptide RALA was used to condense DNA into nanoparticles that were encapsulated within a range of PLA-PEG copolymers. The composite nanoparticles produced exhibited excellent physicochemical properties including size <200 nm and encapsulation efficiency >80%. Images of the composite nanoparticles obtained with a new transmission electron microscopy staining method revealed the peptide-DNA nanoparticles within the PLA-PEG matrix. Varying the copolymers modulated the DNA release rate >6 weeks in vitro. The best formulation was selected and was able to transfect cells while maintaining viability. The effect of transferrin-appended composite nanoparticles was also studied. Thus, we have demonstrated the manufacture of composite nanoparticles for the controlled delivery of DNA.

Hydrogel-forming microneedle arrays made from light-responsive materials for on-demand transdermal drug delivery

We describe, for the first time, stimuli-responsive hydrogel-forming microneedle (MN) arrays that enable delivery of a clinically-relevant model drug (ibuprofen) upon application of light. MN arrays were prepared using a polymer prepared from 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) by micromolding. The obtained MN arrays showed good mechanical properties. The system was loaded with up to 5% (w/w) ibuprofen included in a light-responsive 3,5-dimethoxybenzoin conjugate. Raman spectroscopy confirmed the presence of the conjugate inside the polymeric MN matrix. In vitro, this system was able to deliver up to three doses of 50 mg of ibuprofen upon application of an optical trigger over a prolonged period of time (up to 160 hours). This makes the system appealing as a controlled release device for prolonged periods of time. We believe that this technology has potential for use in ?on-demand? delivery of a wide range of drugs in a variety of applications relevant to enhanced patient care.

Studies into the effect of temperature on the impact of model particles in co-melt granulation

In co-melt granulation, collisions occur between the particles to be agglomerated and the binder material. Depending on the stage of granulation, the binder material can be in the solid or liquid phase. The outcome of these collisions controls the dynamics of the granulation process and the fundamental physics of the impacts are of interest. This paper examines the impact of glass beads (model particles) and solid Poly Ethylene Glycol (PEG) flakes on a substrate of PEG as the temperature of the PEG layer is increased from below its melting point to above it. While the layer is in the solid state, the result of the impact can be quantified by the coefficient of restitution. When the layer is in the liquid state, the impact can be quantified by the immersion behaviour. The results obtained show that the coefficient of restitution between either glass beads and PEG flakes and the PEG layer is strongly affected by temperatures. As the PEG layer approaches its melting point, the coefficient of restitution falls to zero. Once the temperature of the PEG layer exceeds the melting point, the impact is characterised by a transient maximum indentation and then rebound to an equilibrium position. These too are strongly dependent on temperature.

Novel materials based on chitosan, its derivatives and cellulose fibres

O presente trabalho tem como principal objectivo o desenvolvimento de novos materiais baseados em quitosano, seus derivados e celulose, na forma de nanofibras ou de papel. Em primeiro lugar procedeu-se à purificação das amostras comerciais de quitosano e à sua caracterização exaustiva em termos morfológicos e físicoquímicos. Devido a valores contraditórios encontrados na literatura relativamente à energia de superfície do quitosano, e tendo em conta a sua utilização como precursor de modificações químicas e a sua aplicação em misturas com outros materiais, realizou-se também um estudo sistemático da determinação da energia de superfície do quitosano, da quitina e seus respectivos homólogos monoméricos, por medição de ângulos de contacto Em todas as amostras comerciais destes polímeros identificaram-se impurezas não polares que estão associadas a erros na determinação da componente polar da energia de superfície. Após a remoção destas impurezas, o valor da energia total de superfície (gs), e em particular da sua componente polar, aumentou consideravelmente. Depois de purificadas e caracterizadas, algumas das amostras de quitosano foram então usadas na preparação de filmes nanocompósitos, nomeadamente dois quitosanos com diferentes graus de polimerização, correspondentes derivados solúveis em água (cloreto de N-(3-(N,N,N-trimetilamónio)-2- hidroxipropilo) de quitosano) e nanofibras de celulose como reforço (celulose nanofibrilada (NFC) e celulose bacteriana (BC). Estes filmes transparentes foram preparados através de um processo simples e com conotação ‘verde’ pela dispersão homogénea de diferentes teores de NFC (até 60%) e BC (até 40%) nas soluções de quitosano (1.5% w/v) seguida da evaporação do solvente. Os filmes obtidos foram depois caracterizados por diversas técnicas, tais como SEM, AFM, difracção de raio-X, TGA, DMA, ensaios de tracção e espectroscopia no visível. Estes filmes são altamente transparentes e apresentam melhores propriedades mecânicas e maior estabilidade térmica do que os correspondentes filmes sem reforço. Outra abordagem deste trabalho envolveu o revestimento de folhas de papel de E. globulus com quitosano e dois derivados, um derivado fluorescente e um derivado solúvel em água, numa máquina de revestimentos (‘máquina de colagem’) à escala piloto. Este estudo envolveu inicialmente a deposição de 1 a 5 camadas do derivado de quitosano fluorescente sobre as folhas de papel de forma a estudar a sua distribuição nas folhas em termos de espalhamento e penetração, através de medições de reflectância e luminescência. Os resultados mostraram que, por um lado, a distribuição do quitosano na superfície era homogénea e que, por outro lado, a sua penetração através dos poros do papel cessou após três deposições. Depois da terceira camada verificou-se a formação de um filme contínuo de quitosano sobre a superfície do papel. Estes resultados mostram que este derivado de quitosano fluorescente pode ser utilizado como marcador na optimização e compreensão de mecanismos de deposição de quitosano em papel e outros substratos. Depois de conhecida a distribuição do quitosano nas folhas de papel, estudou-se o efeito do revestimento de quitosano e do seu derivado solúvel em água nas propriedades finais do papel. As propriedades morfológicas, mecânicas, superficiais, ópticas, assim como a permeabilidade ao ar e ao vapor de água, a aptidão à impressão e o envelhecimento do papel, foram exaustivamente avaliadas. De uma forma geral, os revestimentos com quitosano e com o seu derivado solúvel em água tiveram um impacto positivo nas propriedades finais do papel, que se mostrou ser dependente do número de camadas depositadas. Os resultados também mostraram que os papéis revestidos com o derivado solúvel em água apresentaram melhores propriedades ópticas, aptidão à impressão e melhores resultados em relação ao envelhecimento do que os papéis revestidos com quitosano. Assim, o uso de derivados de quitosano solúveis em água em processos de revestimento de papel representa uma estratégia bastante interessante e sustentável para o desenvolvimento de novos materiais funcionais ou na melhoria das propriedades finais dos papéis. Por fim, tendo como objectivo valorizar os resíduos e fracções menos nobres da quitina e do quitosano provenientes da indústria transformadora, estes polímeros foram convertidos em polióis viscosos através de uma reacção simples de oxipropilação. Este processo tem também conotação "verde" uma vez que não requer solvente, não origina subprodutos e não exige nenhuma operação específica (separação, purificação, etc) para isolar o produto da reacção. As amostras de quitina e quitosano foram pré-activadas com KOH e depois modificadas com um excesso de óxido de propileno (PO) num reactor apropriado. Em todos os casos, o produto da reacção foi um líquido viscoso composto por quitina ou quitosano oxipropilados e homopolímero de PO. Estas duas fracções foram separadas e caracterizadas.

Catalisadores ou precursores de espécies activas à base de molibdénio

Atendendo à produção de epóxidos em larga escala e à sua importância como intermediários versáteis, muita atenção tem sido dada à epoxidação de olefinas. Destaca-se a implementação do processo industrial de epoxidação de propileno em fase líquida com tBHP, usando complexos de molibdénio como catalisadores homogéneos (Halcon-ARCO). Neste trabalho foram investigados novos complexos à base de molibdénio como catalisadores (ou precursores) para epoxidação de olefinas em fase líquida. Foi objecto de estudo a identificação das espécies activas e a estabilidade dos catalisadores através da sua separação no final das reacções catalíticas, caracterização e reutilização. Escolheu-se como reacção modelo a epoxidação do ciscicloocteno com tBHP (em decano, tBHPdec), a 55 ºC. Estendeu-se o estudo dos desempenhos catalíticos a diferentes substratos, oxidantes, solventes e métodos de aquecimento. A maior actividade catalítica foi observada para os complexos [MoO2Cl2L2] (L=ligando dialquilamida), mais estáveis e fáceis de manusear que [MoO2Cl2] e complexos análogos com L {THF, MeCN} (Cap. 2). A partir destes complexos podem-se formar in situ espécies activas intermediárias do tipo [(MoO2ClL2)2(μ-O)]. O complexo [MoO2(Lzol)], Lzol= ligando oxazolina quiral (Cap. 3), é um catalisador estável e versátil, activo para a epoxidação de diversas olefinas (selectividades elevadas para epóxidos, mas enantioselectividades baixas), desidrogenação oxidativa de álcoois e sulfoxidação de sulfuretos. O catalisador foi também reciclado eficientemente, usando um líquido iónico (LI). O complexo iónico [MoO2Cl{HC(3,5-Me2pz)3}]BF4 (Cap.4) converteu-se nos complexos activos [{MoO2(HC(3,5-Me2pz)3)}2(μ-O)](BF4)2, [Mo2O3(O2)2(μ-O){HC(3,5-Me2pz)3}] e [MoO3{HC(3,5-Me2pz)3}]; quando dissolvido num LI, o catalisador foi reciclado com sucesso. A presença de água e o meio oxidante influenciaram a formação destas espécies. Os complexos [CpMo(CO)3Me] (Cap.5) e [CpMo(CO)2(η3- C3H5)] (Cap.6) originaram espécies activas similares (baseado nos testes catalíticos e nos espectros FT-IR ATR dos sólidos recuperados). Para [Cp'Mo(CO)2(η3-C3H5)], a influência do Cp' na actividade catalítica sugeriu a formação de espécies activas com este ligando. A partir dos complexos [Mo(CO)4L] formaram-se in situ catalisadores estáveis, que podem ser heterogéneos: para L=2-[3(5)-pirazolil]piridina formou-se [Mo4O12L4]; para L=[3- (2-piridil)-1-pirazolil]acetato de etilo formou-se [Mo8O24L4] (Cap.7). O uso de microondas (MO) como método de aquecimento em vez de um banho de óleo (BO) resultou no aumento da velocidade da reacção catalítica, devido ao aquecimento mais rápido da mistura reaccional (Caps. 5 e 7). A utilização da solução aquosa de tBHP em vez de tBHPdec era preferível, porque excluía o decano do sistema reaccional e mantinham-se elevados os rendimentos em epóxido (Caps. 2 e 6); optimizou-se o desempenho catalítico removendo a água das misturas reaccionais (Caps. 4 e 7). O melhor resultado para a epoxidação de limoneno foi observado para [CpMoCO3Me]: 88% de rendimento em epóxido (2 h, 55 ºC, método de aquecimento MO).

Relação do aroma e da espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos

Os espumantes produzidos segundo o método Champanhês são obtidos após uma segunda fermentação em garrafa. Quando o vinho é vertido no copo, o CO2 produzido é libertado, sendo a espuma formada o resultado da sua interacção com os constituintes do vinho. A quantidade e a estabilidade da espuma do vinho espumante estão relacionadas com a sua composição química. Para além da espuma, o aroma é também um parâmetro importante de qualidade na apreciação geral de um vinho espumante. O aroma de um vinho espumante provém do contributo das uvas assim como do processo fermentativo. Dependendo do estado de maturação da uva, o contributo dos compostos voláteis para o aroma é diferente. Em virtude da vindima para os vinhos espumantes ser realizada antes da vindima para os vinhos maduros, dependendo da variedade, as uvas poderão não ser colhidas na expressão máxima do seu aroma, podendo verificar-se uma perda significativa do seu potencial varietal volátil. O objectivo desta dissertação é relacionar o aroma e a espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos. Para isso, foi estudada a composição volátil das duas castas principais da Bairrada, a casta branca Fernão-Pires (FP) e a casta tinta Baga (BG), sendo estas duas das castas usadas para a produção de espumante. Para estudar a composição volátil das uvas durante a maturação, com vista a avaliar este efeito na expressão máxima de compostos voláteis, foi optimizada para este propósito a metodologia de microextracção em fase sólida em espaço de cabeça (HS-SPME). As uvas foram colhidas semanalmente, em duas vinhas, do pintor à pós-maturidade sendo posteriormente analisadas pela metodologia de HS-SPME seguida de cromatografia de gás acoplada à espectrometria de massa com quadrupolo (GC–qMS). No caso das uvas BG, observou-se um aumento acentuado na expressão máxima de compostos voláteis próximo da maturidade da uva determinada pelo teor em açúcar e acidez titulável, mantendo-se constante durante a pós-maturidade. Na determinação do perfil volátil das uvas ao longo da maturação foram identificados 66 compostos varietais nas uvas provenientes de uma vinha (Pedralvites) e 45 da outra vinha (Colégio). Em ambas as vinhas foram identificados 23 sesquiterpenóides, 13 monoterpenóides, 6 norisoprenóides, 2 álcoois aromáticos e 1 diterpenóide. Os sesquiterpenóides, devido à sua abundância em número e em área cromatográfica, podem ser considerados marcadores da casta BG. As uvas FP apresentaram um comportamento diferente do das uvas BG, sendo a expressão máxima de compostos voláteis expressa durante um curto período de tempo (1 semana), que coincide com a maturidade da uva. Depois de atingido este pico, observa-se uma diminuição drástica logo na semana seguinte. Este comportamento foi observado em ambas as vinhas, onde foram identificados 20 compostos voláteis varietais e 5 pré-fermentativos (álcoois e aldeídos em C6). Estes resultados mostram que quando estas castas são colhidas precocemente (1 semana antes da maturidade) para a produção de espumante, é observada uma redução significativa do potencial volátil que é expresso na maturidade. Para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes foi optimizada uma metodologia de microextracção que permite usar uma maior quantidade de fase estacionária, a extracção sorptiva em barra de agitação (SBSE). O método foi optimizado usando 10 padrões de compostos voláteis representativos das principais famílias químicas presentes no vinho, nomeadamente, ésteres, monoterpenóides, sesquiterpenóides, norisoprenóides em C13 e álcoois. O método proposto apresenta uma boa linearidade (r2 > 0,982) e a reprodutibilidade varia entre 8,9 e 17,8%. Os limites de detecção para a maioria dos compostos é bastante baixo, entre 0,05 e 9,09 μg L-1. O método foi aplicado para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes. Dentro dos vinhos espumantes analisados, foi estudada a influência da casta, do tipo de solo e do estado de maturação das uvas na sua composição volátil. A casta FP pode dar origem a vinhos com maior potencial de aroma do que a casta BG. Relativamente à avaliação dos diferentes estados de maturação, verificou-se que as uvas da maturidade e as da colheita tardia (uma semana depois da maturidade) deram origem aos vinhos com maior quantidade de compostos voláteis. Para os três tipos de solo estudados (arenoso, argiloso e argilo-calcário), o vinho obtido a partir de uvas colhidas no solo argilo-calcário foi o que mostrou a maior concentração de compostos voláteis varietais. A espuma destes vinhos espumantes foi também avaliada quanto à sua quantidade máxima (HM) e tempo de estabilidade (TS). O vinho espumante que apresentou um maior TS foi o vinho produzido a partir da casta FP proveniente de uma colheita tardia e solo argiloso. Os vinhos provenientes dos solos arenosos e argilo-calcários são os que apresentaram valores mais baixos de TS. Com vista a avaliar quais os conjuntos de moléculas do vinho que estão relacionados com as propriedades da espuma e possíveis sinergismos entre eles, para cada vinho espumante foi separada a fracção hidrofóbica de baixo peso molecular (MeLMW), a fracção de elevado peso molecular (HMW) e duas fracções de peso molecular intermédio (AqIMW e MeIMW). As propriedades da espuma dos vinhos modelo, reconstituídos com estas fracções e suas misturas, foram avaliadas. A combinação da fracção HMW com a MeLMW aumentou o TS 2,7 vezes quando comparado com o observado para a fracção HMW isoladamente, produzindo um efeito sinergético. Este aumento do TS ainda foi maior quando se combinou a fracção HMW com as subfracções obtidas a partir da fracção MeLMW, principalmente para as fracções menos apolares. A subfracção hidrofóbica menos apolar foi caracterizada por espectrometria de massa de ionização por electrospray (ESI-MS/MS) tendo sido identificada uma série de oligómeros de polietileno glicol e um potencial composto tensioactivo, o 8-hidroxi-tridecanoato de dietilenoglicolglicerilacetato. A fracção MeLMW foi também isolada da espuma do vinho espumante e caracterizada por ESI-MS/MS, permitindo identificar vários compostos potenciais tensioactivos, nomeadamente, dois monoacilgliceróis e quatro derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol. Estes resultados confirmam que estes compostos relacionados com a estabilidade da espuma existem em maior número na espuma do que no vinho. O vinho foi ainda fraccionado em 12 grupos de moléculas: 3 fracções de manoproteínas, 3 de arabinogalactanas, 3 de misturas de polissacarídeos, proteínas e compostos fenólicos e 3 fracções de peso molecular intermédio e baixo, compostas por uma mistura de hidratos de carbono, peptídeos e compostos fenólicos. Foram usados vinhos modelo reconstituídos com cada uma das fracções isoladas na concentração em que estas se encontraram no vinho. Foram também efectuados ensaios com soluções modelo dez vezes mais concentradas e com misturas de algumas das fracções. Todas as soluções formadas foram avaliadas quanto às propriedades da espuma. O aumento da concentração para dez vezes faz com que a solução contendo a fracção rica em manoproteínas (MP1) aumente para mais do dobro a HM e 7,4 vezes mais o TS. A combinação entre a fracção MP1 e a MeLMW produziu um aumento significativo nos parâmetros de HM e TS. A combinação da fracção HMW (manoproteínas com baixo teor em proteína) com a MeLMW (tensioactivos derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol) contém os compostos chave de um vinho espumante para se obter uma maior quantidade e estabilidade da espuma.

Metal-organic frameworks based on phosphonate linkers

During the last few decades, Metal-Organic Frameworks (MOFs), also known as Coordination Polymers, have attracted worldwide research attentions due to their incremented fascinating architectures and unique properties. These multidimensional materials have been potential applications in distinct areas: gas storage and separation, ion exchange, catalysis, magnetism, in optical sensors, among several others. The MOF research group at the University of Aveiro has prepared MOFs from the combination of phosphonate organic primary building units (PBUs) with, mainly, lanthanides. This thesis documents the last findings in this area involving the synthesis of multidimensional MOFs based on four di- or tripodal phosphonates ligands. The organic PBUs were designed and prepared by selecting and optimizing the best reaction conditions and synthetic routes. The self-assembly between phosphonate PBUs and rare-earths cations led to the formation of several 1D, 2D and 3D families of isotypical MOFs. The preparation of these materials was achieved by using distinct synthetic approaches: hydro(solvo)thermal, microwave- and ultrasound-assisted, one-pot and ionothermal synthesis. The selection of the organic PBUs showed to have an important role in the final architectures: while flexible phosphonate ligands afforded 1D, 2D and dense 3D structures, a large and rigid organic PBU isolated a porous 3D MOF. The crystal structure of these materials was successfully unveiled by powder or single-crystal X-ray diffraction. All multidimensional MOFs were characterized by standard solid-state techniques (FT-IR, electron microscopy (SEM and EDS), solid-state NMR, elemental and thermogravimetric analysis). Some MOF materials exhibited remarkable thermal stability and robustness up to ca. 400 ºC. The intrinsic properties of some MOFs were investigated. Photoluminescence studies revealed that the selected organic PBUs are suitable sensitizers of Tb3+ leading to the isolation of intense green-emitting materials. The suppression of the O−H quenchers by deuteration or dehydration processes improves substantially the photoluminescence of the optically-active Eu3+-based materials. Some MOF materials exhibited high heterogeneous catalytic activity and excellent regioselectivity in the ring-opening reaction of styrene oxide (PhEtO) with methanol (100% conversion of PhEtO at 55 ºC for 30 min). The porous MOF material was employed in gas separation processes. This compound showed the ability to separate propane over propylene. The ionexchanged form of this material (containing K+ cations into its network) exhibited higher affinity for CO2 being capable to separate acetylene over this environment non-friendly gas.

Propriedades intrínsecas e de processamento de termoplásticos elastoméricos incorporando borracha de pneu reciclada

O trabalho apresentado tem por objetivo contribuir para a valorização da borracha proveniente de pneus em fim de vida, assente em princípios de sustentabilidade ambiental. A abordagem adotada para a concretização deste objetivo consiste na incorporação de borracha de pneus em formulações de base termoplástica e elastomérica (TPE), adequadas ao processo de moldação por injeção. São desenvolvidos estudos sobre a morfologia, propriedades mecânicas, térmicas e reológicas das ligas poliméricas à base de granulado de borracha de pneu (GTR). A falta de adesão entre o GTR e a matriz polimérica leva à degradação das propriedades mecânicas dos materiais obtidos. A estratégia explorada passa pela utilização de um elastómero para promover o encapsulamento do GTR e, desta forma, procurar obter ligas com propriedades mecânicas características de um TPE. São analisadas ligas ternárias (TPEGTR) compostas por polipropileno (PP) de elevada fluidez, GTR e elastómero virgem. O efeito da presença de diferentes elastómeros nas ligas é analisado neste trabalho: um elastómero de etilenopropileno- dieno (EPDM), e um novo elastómero de etileno-propileno (EPR) obtido por catálise metalocénica. O estudo da morfologia das ligas obtidas mostra haver interação entre os materiais, sendo possível inferir a viabilidade da estratégia adotada para promover a adesão do GTR. A incorporação de elastómero promove o aumento da resistência ao impacto e da extensão na rotura nas ligas, o que é atribuído, fundamentalmente, ao encapsulamento do GTR e ao aumento da tenacidade da matriz termoplástica. Com o objetivo de avaliar a influência da estrutura cristalina das ligas TPEGTR no seu comportamento mecânico, procede-se à análise do processo de cristalização sob condições isotérmicas e não isotérmicas. Neste estudo, é avaliado o efeito da presença dos materiais que constituem a fase elastomérica na cinética de cristalização. Para cada uma das ligas desenvolvidas, recorre-se ao modelo de Avrami para avaliar o efeito da temperatura no mecanismo de nucleação, na morfologia das estruturas cristalinas e na taxa de cristalização. Recorre-se à reometria capilar para estudar, sob condições estacionárias, o comportamento reológico das ligas TPEGTR. O modelo de Cross-WLF é utilizado para avaliar o comportamento reológico de todos os materiais, obtendo-se resultados similares àqueles obtidos experimentalmente. O comportamento reológico dos polímeros PP, EPR e EPDM é do tipo reofluidificante, tendo o EPR um comportamento reológico similar ao do PP e o EPDM um comportamento reo-fluidificante mais pronunciado. Em todas as ligas analisadas o comportamento reológico revela-se do tipo reo-fluidificante, sendo que a presença de GTR promove o aumento da viscosidade. Os parâmetros obtidos do modelo de Cross-WLF são utilizados para realizar a simulação da etapa de injeção recorrendo a um software comercial. Os resultados obtidos são validados experimentalmente pelo processo de moldação por injeção, evidenciando uma boa adequabilidade da aplicação deste modelo a estas ligas. O trabalho desenvolvido sobre ligas TPEGTR, constitui um contributo para a valorização da borracha proveniente de pneus em fim de vida, assente em princípios de sustentabilidade ambiental.

Study of the production of polyesters for polyurethanes at pilot plant scale

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Estágio curricular na empresa Consulfrio

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Projecto de molde para peça para a indústria automóvel

A realização deste trabalho teve por base uma solicitação por parte de uma empresa dedicada ao projecto e fabrico de moldes, assim como à injecção de plásticos, no sentido de projectar um molde para a injecção de uma peça em plástico (PP-Polipropileno +20% ) para a indústria automóvel, segundo os requisitos de qualidade exigidos pelo cliente Assim, atendendo a esses requisitos, foi planeado e elaborado o projecto do respectivo molde para a injecção, tendo em consideração todos os factores que contribuem de forma activa para a obtenção das peças desejadas, com a qualidade exigida e com o tempo de vida desejado para o molde. Tendo início na definição das cavidades e movimentos do molde, passando pela selecção dos materiais mais adequados a cada um dos componentes do molde, selecção de componentes normalizados para o molde, simulação do enchimento e necessidades de arrefecimento, até à execução do molde e análise de possíveis não conformidades nas peças nele injectadas, o trabalho acompanhou todo o processo de criação do molde, desde a recepção das especificações emanadas pelo cliente, até ao teste e realização das correcções finais. Constatou-se que o molde, após ligeiras afinações finais, cumpriu com os objectivos inicialmente traçados, permitindo a obtenção de peças com o formato e qualidade exigidas pelo cliente final.